KR102231389B1 - 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물에 관한 것이다. 이는, 흑연분말, 상기 흑연분말을 감싸는 제1금속도금층, 상기 제1금속도금층을 감싸는 제2금속도금층으로 이루어진 코어쉘 구조의 전도성분말과; 상기 전도성분말과 혼합된 상태로 전도성분말 상호간의 접촉을 유지시키고, 외부 기재에 대한 부착성을 갖는 바인더수지와; 상기 전도성분말 및 바인더수지와 혼합되고, 가열 시 경화되어 경화된 도막특성을 제공하는 잠재성 경화제를 구비한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물은, 흑연을 코어로 갖는 저비중의 은도금 분말을 사용함으로써, 도막의 조직 구조가 균일하며 치밀하고, 전기저항이 작아 우수한 전자파 차폐 및 방열효과를 갖는다.

Description

저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법{Method for manufacturing Electromagnetic wave shielding and heat radiation coating composition containing low specific gravity conductive powder}

본 발명은 전자파 차폐와 방열 기능을 겸비한 도료조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흑연을 코어로 갖는 저비중 분말을 사용하므로 공극이 거의 없는 치밀한 도막을 형성할 수 있고, 그에 따라 전기저항이 작고 전자파 차폐능력이 뛰어난 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법에 관한 것이다.

주변에서 흔히 볼 수 있는 전자제품, 가령, 전자레인지나 텔레비전 또는 컴퓨터나 휴대폰과 같은 전자기기에서는 많은 양의 전자파가 방출된다. 또한 최근, 전자부품의 소형화, 경량화, 고성능화의 추세는 보다 효과적인 전자파 차폐는 물론 방열 방법을 요구하고 있다.

전자기기에서 발생하는 전자파를 차단하고 열을 신속히 배출하기 위한 여러 가지 기술 중 하나는 전도성 페이스트이다. 전도성 페이스트는, 절연성 고분자수지에 전도성필러를 분산시킨 것으로서, 보통, 얇은 시트의 형태로 구현되며 전자부품 표면에 도포된 상태로 전자파를 차단하고 열을 방출하는 역할을 한다. 이러한 전도성 페이스트의 성능은, 내부에 분산되는 전도성필러의 함량이나 전기적 물리적 특성과, 페이스트 자체의 두께에 따라 달라질 수 있다.

상기한 전도성필러로서, 종래에는 금이나 은 또는 니켈이나 구리 분말을 사용하였다. 즉, 상기 금속분말을 고분자수지에 분산시켜 전도성 페이스로 제작한 것이다. 은(銀)은, 낮은 전기저항과 양호한 전자파 차폐 성능을 가지며 주로 플레이크 형태로 적용된다. 또한, 구리는 산화의 문제가 있지만 최근에는 산화방지 처리를 통하여 신뢰성이 향상된 제품이 출시되면서 사용량이 늘고 있다.

하지만, 상기 금속분말은 단독으로 사용될 경우 자체의 비중에 따른 문제점을 갖는다. 말하자면, 비중이 크기 때문에 고분자수지 내에서 쉽게 침강되어 층이 분리 되므로 작업성을 떨어뜨리고 코팅막의 균일성을 저하시키는 것이다.

또한, 금속분말이 적용된 전도성 페이스트는 내부 조직이 치밀하지 않고 불균일하며 많은 미세 공극을 갖는다. 그 결과 전기저항이 증가하고 전자파 차폐율이 현저히 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 금속분말의 함량을 늘리거나 코팅두께를 증가시키기도 하지만 개선 효과는 미미하다.

이에 따라, 보다 경량이고 전도성이 뛰어난 다양한 전도성분말이 제안되고 있다. 가령, 국내 등록특허공보 제10-1483920호 (흑연 상의로의 은의 무전해 도금 방법)에는, 수성 흑연분말을 질소 함유 관능성 실란으로 처리 후, 은 염 및 은 착화제를 포함하는 은도금 조성물 및 환원제를 투입하여, 은도금을 진행하는 방법이 제안된 바 있다.

그러나, 상기한 종래 기술은, 수상 흑연이라는 특정적 원료로 제한되어 있고, 흑연분말이 은에 완전히 캡슐레이션(Capsulation)되지 않는 단점을 갖는다. 단지, 은이, 흑연입자의 표면에 환원 석출된 구조를 갖는 것이다. 다시 말해, 흑연 표면에, 도금되지 않은 부분이 남아 있는 것이다.

도금되지 않은 미도금 부분으로 질소 함유 실란이 노출되게 되는데, 실란은 전체적인 전기 저항을 높이는 문제를 야기한다. 또한, 상기한 바와 같이, 흑연이 은으로 완전히 감싸이지 않으므로, 가령, 전도성 페이스트의 제조 중 불가피하게 가해지는 물리적 힘에 의해, 적층구조가 쉽게 파괴된다는 단점도 있다.

국내 등록특허공보 제10-0694553호 (전도성분말의 유기용제계 분산체 및 전도성 도료) 국내 공개특허공보 제10-2019-0050022호 (전도성 나노 물질을 함유하는 무기질 아연분말 방청도료조성물) 국내 등록특허공보 제10-1483920호 (흑연 상으로의 은의 무전해 도금방법)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 코팅공정의 작업성이 양호하고, 도막의 조직 구조가 균일하며 치밀하고 전기저항이 작아 우수한 전자파 차폐 및 방열효과를 갖는 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법은, 흑연분말을 포함하는 저비중 전도성분말, 바인더수지, 경화제, 첨가제, 용제의 구성을 갖는, 전자파차폐 및 방열용 도료조성물을 제조하는 제조방법으로서, 상기 저비중 전도성분말은; 도료조성물 100중량부 당, 50 중량부 내지 70중량부의 함량을 가지고, 이 때의 평균입도는 40㎛ 내지 45㎛이며, 상기 흑연분말 표면의 결합력을 향상시키기 위해, 흑연분말이 갖는 표면음전하를 양전하로 전환시켜, 1차처리 흑연분말을 형성하는 컨디셔닝단계와; 상기 1차처리 흑연분말을 수세 후 염산수용액에 침적시켜, 산성분위기를 갖는 디핑처리 흑연분말을 얻는 프리디핑단계와; 상기 디핑처리 흑연분말을, 주석이 코팅되어 있는 콜로이드타입 팔라듐촉매 및 염산과 함께 처리조내의 초순수에 투입 및 교반하여, 양전하를 띄고 산성분위기를 갖는 흑연분말상에 주석이 코팅되어 있는 팔라듐촉매를 고정시켜, 촉매코팅 흑연분말을 형성하는 촉매코팅단계와; 상기 촉매코팅 흑연분말상에 고정되어 있는 주석이 코팅 된 팔라듐촉매에서, 팔라듐을 둘러싸고 있는 주석 중, 팔라듐과 흑연분말과의 결합을 위해 사용되는 주석을 제외한 나머지 주석을 제거하여 팔라듐을 노출시켜, 팔라듐의 촉매로서의 활성도를 향상시키는 과정으로서, 상기 촉매코팅 흑연분말을, 황화합물 및 유기산과 함께 처리조내의 초순수에 투입후 교반하되, 반응온도 및 반응시간을 고정하고, 황화합물과 유기산의 농도조절을 통해 진행하여 활성화흑연분말을 얻는 촉매활성화단계와; 상기 촉매활성화단계를 통해, 외부로 노출된 팔라듐의 표면에 구리도금층을 순차 적층하는 과정으로서, 상기 활성화흑연분말을 구리전구체 및 환원제와 함께 스트라이크도금조에 투입하여 팔라듐에 구리씨드층이 적층된 1차도금후분말을 형성하는 스트라이크도금공정과, 상기 1차도금후분말을 구리전구체 및 환원제와 함께 고속도금조에 투입하여 구리씨드층상에 구리도금층이 적층된 2차도금후분말을 얻는 과정으로서, 스트라이크도금공정을 통해 도금된 구리의 양은, 전체 구리 도금량의 20% 내지 30%인 구리도금단계와; 상기 2차도금후분말을, 은전구체, 환원제, 착화제와 함께 은도금조에 투입하여 구리도금층에 은을 도금하되, 상기 구리도금층 표면에서 치환반응을 일으켜 치환도금층을 먼저 형성한 후, 환원반응을 통해 치환도금층에 환원도금층을 석출시킴으로써, 치환도금층과 환원도금층의 이중 구조를 갖는 은도금층을 형성하는 은도금단계와; 상기 은도금단계의 완료 후, 상기 은도금조내에 소듐스테아레이트를 투입하여, 은도금층을 보호하는 내열 및 내산화성 보호층을 형성하는 표면처리단계와; 상기 표면처리단계를 마친 결과물을 순수로 세척 후 알콜에 담갔다 빼낸 후 건조시키는 건조단계를 통해 형성된다.
또한, 상기 도료조성물 100중량부 당, 바인더수지는 5 내지 25중량부, 경화제는 5 내지 10 중량부의 조성비를 갖는다.
또한, 상기 바인더수지에는, 페녹시, 에스터, 실리콘계 수지 중 어느 하나가 포함된다.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 도료조성물은, 흑연분말, 상기 흑연분말을 감싸는 제1금속도금층, 상기 제1금속도금층을 감싸는 제2금속도금층으로 이루어진 코어쉘 구조의 전도성분말과; 상기 전도성분말과 혼합된 상태로 전도성분말 상호간의 접촉을 유지시키고, 외부 기재에 대한 부착성을 갖는 바인더수지와; 상기 전도성분말 및 바인더수지와 혼합되고, 가열 시 경화되어 경화된 도막특성을 제공하는 잠재성 경화제를 구비한다.

또한, 상기 제1금속도금층은 구리도금층, 제2금속도금층은 은도금층일 수 있다.

또한, 상기 전도성분말을 구성하는 흑연분말은, 적층구조를 이룰 수 있도록 판상의 형태를 취하며, 상기 흑연분말과 구리도금층의 사이에는, 흑연분말에 대한 구리도금층의 결합을 유도하는 팔라듐층이 개재되고, 상기 구리도금층은, 상기 팔라듐층을 매개로 흑연분말에 결합하여 흑연분말을 완전히 감싸는 것으로서, 스트라이크도금방식을 통해 팔라듐층에 고정된 스트라이크도금층, 상기 스크라이크도금층에 적층되되 스트라이크도금층보다 두꺼운 도금층을 이루는 고속도금층으로 이루어지며, 상기 은도금층은, 상기 고속도금층의 표면에 코팅되어 구리도금층을 완전히 감싸 보호할 수 있다.

아울러, 상기 전도성분말은 40㎛ 내지 45㎛의 평균 입도를 갖는다.

또한, 상기 도료조성물 100 중량부 당; 전도성분말은 50 내지 70 중량부, 바인더수지는 5 내지 25중량부, 경화제는 5 내지 10 중량부의 조성비를 갖는다.

또한, 상기 전도성분말에서의 은의 함량은, 전도성분말 100 중량부 당, 10 내지 18 중량부이다.

또한, 상기 바인더수지에는, 페녹시계, 에폭시계, 우레탄계, 에스터계, 아크릴계, 실리콘계 수지 중 어느 하나가 포함된다.

또한, 상기 도료조성물에는, 도료조성물 100 중량부 당, 0.1 내지 2.0 중량부의 첨가제가 더 포함된다.

아울러, 상기 첨가제에는, 점도조절제 또는 분산제 또는 소포제가 포함된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법은, 흑연을 코어로 갖는 저비중의 은도금 분말을 사용함으로써, 도막의 조직 구조가 균일하며 치밀하고, 전기저항이 작아 우수한 전자파 차폐 및 방열효과를 구현함은 물론, 전도성분말의 침강현상이 없으므로 작업성이 우수하고 보관이 용이한 도료조성물을 제공할 수 있다.

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도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물의 기본 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 전도성분말의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시한 전도성분말의 작동 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물이 적용 대상물에 도포된 모습을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

기본적으로, 후술할 도료조성물은, 전자파의 차폐는 물론 방열 능력을 목적으로 하는 것으로서 저비중 전도성분말을 포함한다. 저비중 전도성분말은, 코어 역할을 하는 흑연분말과, 쉘의 역할을 하는 메탈층으로 이루어진 코어쉘 구조를 갖는다.

메탈층은 흑연분말을 완전히 둘러싸 흑연분말의 표면층이 떨어져 나가는 것을 방지한다. 흑연 자체는, 수평방향으로는 강한 공유결합을 이루고 있지만, 수직방향으로는 결합력이 약하므로, 결합력이 제일 약한 최외곽층, 즉 표면층이 쉽게 떨어질 수 있는데, 메탈층으로 흑연자체를 완전히 감싸, 메탈 자체의 내부 결합력을 이용해 흑연을 표면층의 떨어져 나감을 차단하는 것이다.

특히, 저비중 전도성분말은, 흑연분말을 코어로 사용하였기 때문에, 비중이 작아, 바인더수지 및 경화제와 혼합된 상태에서 하부로 침강하지 않는다.

참고로, 금속분말을 단독으로 사용한 경우에는, 금속분말 자체의 고비중으로 인한 여러 문제가 있었다. 예를 들자면, 금속분말이 혼합물내에서 쉽게 침강하여 층분리 현상이 발생하는 것이다. 금속분말이 침강한 경우, 코팅공정시마다 교반을 통해 다시 분산시켜야 하는데, 재분산에 시간이 많이 소요되고 그만큼 작업시간이 길어진다.

아울러,본 발명의 도료조성물은, 그 자체를 용기에 담아 필요할 때 대상면에 도포하는 방식으로 사용하거나, 스크린인쇄 방식으로 필름기재에 인쇄하여 사용될 수 있다. 또한 더 나아가, 플라스틱 사출시 금형내부로 주입되어 사출물 자체가 전도성을 가지게 하는 용도로도 사용 가능하다.

이러한 도료조성물의 기본 구성은, 흑연분말, 상기 흑연분말을 감싸는 제1금속도금층, 상기 제1금속도금층을 감싸는 제2금속도금층으로 이루어진 코어쉘 구조의 전도성분말과; 상기 전도성분말과 혼합된 상태로 전도성분말 상호간의 접촉을 유지시키고, 외부 기재에 대한 부착성을 갖는 바인더수지와; 상기 전도성분말 및 바인더수지와 혼합되고, 가열 시 경화되어 경화된 도막특성을 제공하는 잠재성 경화제로 이루어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법에 의해 제조된 도료조성물의 기본 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른, 저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물은, 저비중 전도성분말(70), 바인더수지(81), 경화제(83), 첨가제(85), 용제의 구성을 갖는다.

전도성분말(70)은 흑연과 메탈로 구성된 코어쉘 구조를 이루며, 흑연이 코어로 사용된 만큼, 동일사이즈를 갖는 금속분말에 비해 비중이 작다. 이러한 전도성분말(70)은, 전체 도료조성물 중 50 중량부 내지 70 중량부의 함량을 갖는다.

상기 함량이 70중량부 보다 크면, 바인더수지(81)의 양에 비해 전도성분말의 양이 과대하여, 금속 분말간 부착성이 감소하게 된다. 다시 말하면, 전도성분말(70)의 일부가 바인더수지(81)와 접촉하지 못하게 되어, 분말 상호간의 바인딩이 이루어지지 않는 것이다. 전도성분말(70) 상호간의 결합력이 불량할 경우, 도료의 기본적인 성능이 저하함은 물론이다.

또한 함량이 50중량부 보다 적을 경우, 전기전도성과 전자파차폐 능력이 불량해지고 방열이 제대로 이루어지지 않게 된다.

이러한 전도성분말(70)의 평균 입도는 40㎛ 내지 45㎛이다. 입도가 40㎛ 보다 작으면, 도금공정을 통해 확보된 전도성분말(70)의 도전성을 높이는 것에 큰 이점이 없으며, 상호간의 응집 현상이 발생하여, 도료의 균일성이 떨어진다. 이와 반대로 전도성분말(70)의 입도가 45㎛ 보다 크면, 전도성분말(70) 상호간 계면의 접촉저항이 증가하고, 도막의 치밀도가 약해져서 도전성이 감소하게 된다.

상기 전도성분말(70)은, 흑연분말, 흑연분말을 감싸는 제1금속도금층, 상기 제1금속도금층을 감싸는 제2금속도금층으로 이루어진 코어쉘 구조를 갖는다. 상기 제1금속도금층은 구리도금층, 제2금속도금층은 은도금층이다.

경우에 따라, 제2금속도금층으로서, 은(Ag) 이외에 다른 전도성 금속, 예를 들어, 금이나, 구리, 백금, 주석, 니켈, 알루미늄 등을 필요에 따라 적용할 수도 있다.

도 2는 상기 전도성분말(70)의 제조방법을 참고적으로 설명하기 위한 도면이다. 이하의 설명은, 사용되는 초순수 1리터 당 흑연분말의 적용무게가 30그램인 경우이다.

상기 전도성분말(70)은, 컨디셔닝단계, 프리디핑단계, 촉매코팅단계, 촉매활성화단계, 구리도금단계, 은도금단계, 표면처리단계, 건조단계를 통해 제조 가능하다.

먼저, 컨디셔닝단계는, 판상구조의 흑연분말(21a) 표면의 유분 및 이물을 제거하고, 흑연분말(21a)이 갖는 고유한 표면음전하를 양전하로 전환하는 과정이다. 컨디셔닝단계는, 후속되는 촉매코팅단계시 흑연분말과 팔라듐촉매(27)와의 결합력을 향상시키기 위해 진행하는 선행과정이기도 하다.

컨디셔닝단계는, 준비된 흑연분말(21a)을 컨디셔너(15)와 함께 처리조(11) 내의 초순수(13)에 투입 후 교반함으로서 진행된다. 컨디셔너는, 흑연분말이 본래 갖는 표면음전하를 양전하 분위기로 전환하는 기능을 갖는 약품이다. 사용되는 컨디셔너(15)는, 신도社의 SD-400 1~16wt%와, 25%NaOH 1~8wt%이다. 초순수 1리터를 사용할 경우, SD-400은 10 내지 160 그램, NaOH는 10 내지 80그램, 흑연분말은 30그램이 투입되는 것이다.

상기 교반이 완료되었다면, 처리조(11)로부터 흑연분말을 꺼내어 새로운 초순수로 수회 세척한다.

상기 컨디셔팅단계를 마친 흑연분말은, 1차처리 흑연분말(21b)로서, 도 2b에 도시한 바와 같이 그 표면이 양전하의 분위기를 갖는다.

이어지는 프리디핑단계(Pre-dipping)는, 양전하 분위기로 개질된 1차처리 흑연분말(21b)을, 염산수용액(19)에 일정 시간 동안 접촉시켜, 흑연분말의 표면을 산성분위기화 시키는 과정이다.

상기 염산수용액은 10% 농도를 가지며 접촉시간은 30초 내지 5분 정도이다. 염산수용액(19)에 흑연분말(21b)을 접촉시키는 방법은 침적방식일 수 있다. 즉, 1차처리 흑연분말(21b)을 상기한 시간 범위에 따라 염산수용액(19)에 담갔다가 빼는 것이다. 프리디핑단계를 통해, 산성분위기를 갖는 디핑처리 흑연분말(도 2d의 21c)이 얻어진다.

촉매코팅단계는, 디핑처리 흑연분말(21c)을, 도 2e에 도시한 바와 같이, 콜로이드타입 팔라듐촉매(27) 및 염산(25)과 함께 처리조(31) 내의 초순수(13)에 투입 및 교반하여, 흑연분말상에 팔라듐촉매(도 2f의 27)를 고정시키는 과정이다.

알려진 바와 같이, 콜로이드타입 팔라듐촉매(27)는, 팔라듐(27a)자체와, 팔라듐(27a)을 둘러싸는 주석(27b)으로 이루어진다. 주석(27b)은 팔라듐(27a)을 디핑처리 흑연분말(21c)의 표면에 고착시키는 역할을 한다. 하지만, 디핑처리 흑연분말(21c)과 팔라듐(27a)의 결합에 사용되지 않은 바깥쪽 주석(27b)은 후속 구리도금을 위해 제거된다.

초순수 1리터 및 흑연분말 30그램 당, 상기 팔라듐촉매(27)는, 0.9wt%/L 내지 1wt%/L, 염산은 1wt%/L 내지 1.5wt%/L 사용 할 수 있다. 또한 교반시간은 2분 내지 5분이다. 상기 교반을 통해 형성된 촉매코팅 흑연분말(21d)을 취하여 초순수로 수회 세척한다.

도 2f는 촉매코팅 흑연분말(21d)을 대략적으로 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 촉매코팅 흑연분말(21d)의 표면에 팔라듐촉매(27)가 고정되어 있다. 팔라듐촉매(27)는, 팔라듐(27a)과, 팔라듐(27a)을 감싸고 있는 주석(27b)의 구조를 가지며, 주석(27b) 중 흑연분말과의 사이에 위치하는 일부는, 팔라듐(27a)을 흑연분말에 고정시키는 역할을 한다.

위에 언급한 바와 같이, 팔라듐(27a)의 고정을 위해 사용되지 않은 주석(27b), 즉 팔라듐(27a)의 외측면을 감싸고 있는 주석은, 팔라듐(27a)의 촉매로서의 활성도를 저하시키는 것이므로 제거되어야 한다. 후속되는 촉매활성화단계가, 필요 없는 주석을 제거하는 과정이다.

촉매활성화단계는, 도 2g에 도시한 바와 같이, 촉매코팅 흑연분말(21d)을, 황화합물(37) 및 유기산(35)과 함께 처리조(33) 내부의 초순수(13)에 투입 후 교반하는 과정이다. 상기 황화합물(37)과 유기산(35)은 혼합물로서, 주석을 제거하는 가속화제의 역할을 한다. 촉매활성화단계를 마치면, 도 2h에 도시한 바와 같이, 팔라듐(27a)의 외측 표면에 덮여 있던 주석(27b)이 모두 제거되어 팔라듐(27a)이 노출된다. 도 2h는 주석이 제거된 활성화흑연분말(21e)을 나타낸 도면이다.

이러한, 촉매활성화단계는, 온도 및 시간 조건을 일정 범위내에서 설정하고, 가속화제의 농도 조절을 통해 진행된다. 말하자면, 반응온도와 반응시간은 고정하고, 가속화제의 농도만 조절하여, 팔라듐 촉매의 활성도를 제어하는 시키는 것이다. 이를테면, 반응 온도는 27℃, 반응시간은 1분으로 고정하고. 가속화제의 농도는, 황화물0.5wt%/L 내지 2wt%/L, 유기산 0.5wt%/L 내지 2wt%/L 범위내에서 조절하는 것이다.

참고로, 가속화제로서, 황화합물(37)과 유기산(35) 혼합물을 사용하는 이유는, 황산이나 염산 또는 질산 수용액을 사용할 경우, 농도와 온도와 침적 시간을 일일이 조절하여야 하므로, 주석의 정확한 제거가 어렵기 때문이다. 가령, 산성 수용액의 농도가 약하면 주석의 제거가 완전하지 못해 팔라듐의 활성도가 감소하게 되고, 반대로 너무 과하면 주석뿐만 아니라 팔라듐 입자까지 제거되는 현상이 나타난다.

상기 촉매활성화단계에 이어, 구리도금단계가 진행된다. 구리도금단계는, 촉매활성화단계를 통해 주석이 제거된 상태의 팔라듐(27a) 표면에, 구리를 무전해 도금하여 구리도금층(50)을 적층하는 과정으로서, 스트라이크도금공정 및 고속도금공정을 포함한다.

스트라이크도금공정은, 활성화흑연분말(도 2h의 21e)을, 도 2i에 도시한 바와 같이, 구리전구체 및 환원제와 함께 스트라이크도금조(38)에 투입하여, 팔라듐(27a)층에 구리씨드층(copper seed layer)을 형성하는 과정이다. 즉, 활성화된 팔라듐(27a)에 구리 석출핵을 환원시켜 밀착력이 높은 구리씨드층을 형성하는 것이다.

구리씨드층은 스트라이크도금층(51a)을 이루며 평활하지 않고, 도 2j에 도시한 바와 같이, 말하자면 오돌토돌한 불규칙한 표면을 갖는다. 스트라이크도금층(51a)을 통해 도금된 구리의 양은, 전체 구리 도금량의 20% 내지 30% 정도이다. 나머지 70% 내지 80%의 구리는 고속도금공정을 통해 사용된다.

상기 스트라이크도금공정은, 25℃ 내지 35℃의 반응온도를 유지하며, 물 1리터 기준으로, 황산구리 기반의 구리전구체 7wt%/L와 환원제인 포르말린 2wt%/L 투입하여 5분 내지 10분간 진행된다. 상기 스트라이크도금층(51a)의 형성이 완료된 후의 흑연 분말을 1차도금후분말(51)이라 칭하기로 한다. 1차도금후분말(51)이 얻어졌다면, 이를 도금액으로부터 분리하여 초순수로 수회 세척한다.

고속도금공정은, 1차도금후분말(51)을 구리전구체 및 환원제와 함께 고속도금조(도 2k의 53) 내에 투입하여, 스트라이크도금층(51a)상에 보다 두꺼운 고속도금층(57a)을 형성하는 과정이다. 고속도금공정을 통해 원하는 두께의 구리도금층(50)을 얻게 된다.

고속도금공정시 형성되는 구리 석출핵은, 스트라이크도금공정의 경우 보다 크다. 석출핵이 크면 도금속도가 상대적으로 더 빠르고 전기전도 특성도 양호해진다.

상기 고속도금공정은, 반응온도 35℃ 내지 45℃, 물 1리터 기준으로, 황산구리 기반의 구리전구체16wt%/L와 환원제인 포르말린 3wt%/L를 투입하고, 수산화나트륨을 이용해 pH를 9 내지 10으로 조정한 상태로, 5분 내지 10분간 진행한다. 상기 과정을 통해 2차도금후분말(도 2m의 57)이 얻어진다.

상기한 구리도금단계를 통해, 견고하고 치밀도가 높은 스트라이크도금층(51a)과, 전기전도 특성을 고려한 고속도금층(57a)이 적층 구성되게 된다.

이어지는 은도금단계는, 2차도금후분말(57)을, 은전구체와 환원제와 착화제와 함께 은도금조(도 2n의 61) 내에 투입하여 진행된다. 은도금단계는, 구리도금층(50)에 은도금층(71)을 적층하여, 구리층의 산화를 방지하고 전기전도 특성을 최대화하기 위한 목적을 갖는다.

은도금단계를 통해 형성되는 은도금층(71)은 치환도금층(71a)과 환원도금층(71b)의 이중 구조를 갖는다. 이러한 은도금단계(113)는, 질산은 기반의 은 전구체를 사용하여 진행되는데, 물 1리터 기준, 질산은(AgNO3) 7wt%/L, 환원제 5wt%/L, 착화제 (EDTA 외 1종) 2wt%/L, Tween60 0.12wt%/L(이하, 보조물질)를 일괄 투입하여 10분간 진행된다.

상기한 보조물질은, 고속도금층(57a) 표면에서 치환반응을 일으켜 치환도금층(71a)을 형성하고, 치환도금층(71a)이 어느 정도 두께가 되어 구리와의 치환이 이루어지지 않게 되면 환원작용을 일으켜 은을 환원 석출시킨다. 상기 전도성분말에서의 은의 함량은, 전도성분말(70) 100 중량부 당, 10 내지 18 중량부일 수 있다.

은도금단계가 완료되었다면 표면처리단계를 진행한다. 표면처리단계는 은도금층(71)을 보호하기 위한 보호층(71c)을 코팅하는 과정으로서, 은도금단계가 완료된 후 은도금조(61) 내에서 연이어 수행된다. 표면처리단계는, 물 1리터 기준, 은도금액에 소듐스테아레이트(스테아르산소듐염)를 1.2%wt/L 투입하여 5분간 반응시키는 과정이다. 상기 소듐스테아레이트는 은도금층을 보호하는 보호제의 하나로서, 내열 및 내산화성을 갖는다.

이어지는 건조단계는, 표면처리단계가 완료된 결과물을, 순수로 세척한 후 알코올에 담갔다 빼는 과정을 포함한다. 알코올을 이용하는 이유는, 분말 상의 수분 함유량을 최소화시키기 위한 것이다. 알코올에서 빼낸 분말은, 자연건조나 열풍건조 방식으로 완전 건조시킨다. 건조방식으로서 열풍건조기를 사용할 경우에는, 70℃의 온도에서 120분 내외로 건조를 진행한다.

상기 모든 과정을 통해 도 2p에 도시한 구조의 저비중 전도성분말(70)을 얻게 된다. 상기 저비중 전도성분말(70)은, 흑연분말(21a), 팔라듐층(보이지 않음), 구리도금층(50), 은도금층(71), 보호층(71c)으로 구성된다. 또한, 구리도금층(50)은 스트라이크도금층(51a)과 고속도금층(57a)으로, 은도금층(71)은 치환도금층(71a)과 환원도금층(71b)으로 이루어진다.

도 3은 상기 저비중 전도성분말(70)의 기본 구조 및 작용을 설명하기 위한 평면 도면이다. (보호층(71c)은 생략하였다) 평면도면이라 함은, 말하자면, 판상의 흑연분말을 평면에 올려놓고 위에서 내려 본 모습을 의미한다.

도시한 바와 같이, 흑연분말(21a)이 구리도금층(50)과 은도금층(71)에 의해 완전히 둘러 싸여, 코어-쉘의 캡슐레이션 구조를 갖는다.

한편, 알려진 바와 같이, 흑연은 그 분자 구조상, 반데르발스(VAN DERWAALS) 힘으로 결합되고 있는 상태의 층간 열전도성은 좋지 않지만, 공유결합이 유지되고 있는 같은 층의 수평방향의 열전도성은 매우 좋다. 판상의 흑연분말(21a)의 중간부위 가령, Z점에 열이 가해진다면, 열은 화살표 a방향을 따라 수평방향으로 빠르게 전달되는 것이다.

또한, 구리도금층(50)과 은도금층(71)은 그 자체의 열전도성이 좋으므로, 결국, 흑연분말(21a)에 가해진 열은 주변으로 펴진 후 구리도금층(50)과 은도금층(71)을 통과해 외부로 발산 제거된다.

도 4는 도 3에 도시한 저비중 전도성분말(70)이, 임의의 발열체(Z)에 적용된 모습을 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도시한 바와 같이, 임의의 발열체(Z)의 표면에 다수의 저비중 전도성분말(70)이 적용되어 있다. 전도성분말(70)은, 판상구조의 흑연분말을 베이스로 하는 것이므로, 평평한 판상 구조를 가져 발열체(Z)의 표면에 적층된 구조를 가질 수 있다.

상기 발열체(Z) 내부의 발열점(B)에서 발생한 열이, 표면으로 이동하여 전도성분말(70)에 도달하면, 흑연분말(21a)의 작용에 의해 일단 수평방향(화살표 a)으로 넓게 퍼진다. 방열면적이 크게 확장되는 것이다. 수평방향으로 펼쳐지는 열은 구리도금층(50)과 은도금층(71)을 통과해 외부로 방출된다. 결국, 열은, 저비중 전도성분말(70)의 작용에 의해, 일단 수평방향으로 넓게 퍼지며 그와 동시에 수직방향으로 이동하여 방열되는 것이다.

다시 도 1을 참조하여 설명을 이어가기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 도료조성물(90)에는 바인더수지(81)가 더 포함된다. 바인더수지(81)는, 열경화성으로서, 위에 설명한 코어쉘 구조의 저비중 전도성분말(70)과 혼합된 상태로, 전도성분말 상호간의 접촉을 유지시킴과 아울러, 외부 기재(도 5의 A)에 접착된다.

상기 바인더수지(81)로서, 페녹시계, 에폭시계, 우레탄계, 에스터계, 아크릴계, 실리콘계 수지를 사용할 수 있다.

상기 바인더수지(81)는, 도료조성물(90)에 점도를 부여하여, 도료조성물(90)이 기재(A)에 긴밀히 부착될 수 있게 작용함과 아울러, 망상구조를 이루어 전도성분말(70) 상호간의 접촉점을 증대시킨다. 접촉점이 많아질수록 전도성과 전자파차폐 효율이 좋아짐은 물론이다.

이러한 바인더수지(81)는, 도막의 내열성, 접착성, 내화학성, 내마모성 등을 결정하므로, 그 종류와 함량비는, 도료조성물(90) 사용 환경에 맞추어 결정된다.

바인더수지(81)는, 도료조성물(90) 100 중량부 기준, 5중량부 내지 10중량부의 함량비를 갖는다. 바인더수지(81)가 5중량부보다 적을 경우, 접착성이 떨어지고, 이와 반대로 25중량부 보다 많을 경우에는 전도성분말(70) 상호간의 접촉면적을 감소시킨다. 접촉면적이 감소하면 전도성과 전자파차폐 능력이 떨어지며 계면저항이 증가된다.

상기 여러 가지 바인더수지(81) 중, 페녹시계 수지는, 단가가 저렴하고 물성조절이 용이하며 대부분의 용제에 대한 용해성이 좋다. 또한, 비중이 1.2 정도이고, 연화점이 90℃ 내지 100℃이며, 무독성으로 접착력, 내약품성, 내충격성, 내마모성이 뛰어나다. 이러한 장점을 가지므로 바인더수지로서 페녹시계 수지를 사용함이 좋다.

하지만, 도료조성물에 의해 형성된 도막의 강도를 높이기 위해서는, 에폭시계 수지를 사용할 수 있다. 에폭시계 수지를 사용할 경우에는, 페녹시 수지의 고형분 대비 1/5정도만 사용한다. 이보다 많은 양이 사용되면, 도막의 강도는 증가하지만 전도성이 감소하게 된다.

한편, 함께 혼합되는 경화제(83)는 열(熱)에 반응하는 잠재성 경화제이다. 바인더수지(81)로서 에폭시계를 사용할 경우, 경화제(83)는, 수지의 고형분 대비 1/10 내지 1/20의 비율이 좋다. 경화제(83)를 이보다 많이 사용하면, 도막의 경화도는 높아지지만, 인쇄특성 및 저항특성이 나빠지기 때문이다.

상기 경화제로서, 캡슐레이션된 이미다졸(encapsulated Imidazole) 계열의 열경화제를 사용할 수 있다. 이미다졸은 가용시간이 길고 빠른 경화특성을 보인다. 참고로, 이미다졸 경화제의 평균 입도는 10㎛, 녹는점은 100℃, 에폭시계 수지와 1/5 비율에서 겔타임(Gel time)(100℃)이 5분 정도로서, 본 실시예의 도료조성물에 적용하기 좋은 물성을 갖는다.

또한 본 실시예의 도료조성물(90)에는 첨가제(85)가 더 포함된다. 첨가제(85)는, 도료조성물(90) 100 중량부 당, 0.1 내지 2.0 중량부의 함량비를 갖는다. 함량비가 0.1중량부 보다 작은 경우는 그 효과가 미미하고, 2.0중량부를 초과할 때에는 도료조성물(90)내에 유기물 함량이 증가하여 도막 특성이 저하되고 그 결과로 전자파 차폐 성능이 낮아 질 수 있다.

첨가제(85)에는, 점도조절제와 분산제와 소포제가 포함될 수 있다. 점도조절제와 분산제와 소포제는, 필요에 따라 선택 사용하거나 모두 다 사용 가능하다.

점도조절제는 도막의 인쇄성 및 작업성을 향상시킴과 아울러 도막의 레벨링을 양호한 수준으로 유지한다. 가령, 메쉬 자국이나 핀 홀 등의 발생을 억제하여 전극의 결함을 최소화 하고, 이를 통해 전극의 저항값이 높아지는 것을 방지한다.

분산제는 저비중 전도성분말(70)의 표면 에너지를 약화시켜 응집을 방지하고 분산성을 향상시키는 것이고, 소포제는 도료에 존재하는 기포를 억제함으로써 도막을 형성할 때, 기포로 인한 불규칙한 표면이 발생하는 것을 차단한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도료조성물(90)이 기재(A)에 도포된 모습을 나타내 보인 개념도이다.

도시한 바와 같이, 도료조성물(90)이 임의의 기재(A) 표면에 도포되어 있다. 도료조성물(90)은, 가령, 기재(A) 내측의 발열점(B)으로부터 발생하는 열을 수평방향으로 넓게 펼침과 동시에 두께방향으로 통과시켜 배출한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:처리조 13:초순수 15:컨디셔너
19:염산수용액 21a:흑연분말 21b:1차처리흑연분말
21c:디핑처리흑연분말 21d:촉매코팅흑연분말 21e:활성화흑연분말
25:염산 27:팔라듐촉매 27a:팔라듐
27b:주석 31:처리조 33:처리조
35:유기산 37:황화합물 38:스트라이크도금조
50:구리도금층 51:1차도금후분말 51a:스트라이크도금층
53:고속도금조 57:2차도금후분말 57a:고속도금층
61:은도금조 70:저비중 전도성분말 71:은도금층
71a:치환도금층 71b:환원도금층 71c:보호층
81:열경화성바인더수지 83:경화제 85:첨가제
90:도료조성물

Claims (13)

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11. 흑연분말을 포함하는 저비중 전도성분말, 바인더수지, 경화제, 첨가제, 용제의 구성을 갖는, 전자파차폐 및 방열용 도료조성물을 제조하는 제조방법으로서,
    상기 저비중 전도성분말은;
    도료조성물 100중량부 당, 50 중량부 내지 70중량부의 함량을 가지고, 이 때의 평균입도는 40㎛ 내지 45㎛이며,
    상기 흑연분말 표면의 결합력을 향상시키기 위해, 흑연분말이 갖는 표면음전하를 양전하로 전환시켜, 1차처리 흑연분말을 형성하는 컨디셔닝단계와;
    상기 1차처리 흑연분말을 수세 후 염산수용액에 침적시켜, 산성분위기를 갖는 디핑처리 흑연분말을 얻는 프리디핑단계와;
    상기 디핑처리 흑연분말을, 콜로이드타입 팔라듐촉매 및 염산과 함께 처리조내의 초순수에 투입 및 교반하여, 양전하를 띄고 산성분위기를 갖는 흑연분말상에 팔라듐촉매를 고정시켜, 촉매코팅 흑연분말을 형성하는 촉매코팅단계와;
    상기 촉매코팅 흑연분말상에 고정되어 있는 팔라듐촉매에서, 팔라듐을 둘러싸고 있는 주석 중, 팔라듐과 흑연분말과의 결합을 위해 사용되는 주석을 제외한 나머지 주석을 제거하여 팔라듐을 노출시켜, 팔라듐의 촉매로서의 활성도를 향상시키는 과정으로서, 상기 촉매코팅 흑연분말을, 황화합물 및 유기산과 함께 처리조내의 초순수에 투입후 교반하되, 반응온도 및 반응시간을 고정하고, 황화합물과 유기산의 농도조절을 통해 진행하여 활성화흑연분말을 얻는 촉매활성화단계와;
    상기 촉매활성화단계를 통해, 외부로 노출된 팔라듐의 표면에 구리도금층을 순차 적층하는 과정으로서, 상기 활성화흑연분말을 구리전구체 및 환원제와 함께 스트라이크도금조에 투입하여 팔라듐에 구리씨드층이 적층된 1차도금후분말을 형성하는 스트라이크도금공정과, 상기 1차도금후분말을 구리전구체 및 환원제와 함께 고속도금조에 투입하여 구리씨드층상에 구리도금층이 적층된 2차도금후분말을 얻는 과정으로서, 스트라이크도금공정을 통해 도금된 구리의 양은, 전체 구리 도금량의 20% 내지 30%인 구리도금단계와;
    상기 2차도금후분말을, 은전구체, 환원제, 착화제와 함께 은도금조에 투입하여 구리도금층에 은을 도금하되, 상기 구리도금층 표면에서 치환반응을 일으켜 치환도금층을 먼저 형성한 후, 환원반응을 통해 치환도금층에 환원도금층을 석출시킴으로써, 치환도금층과 환원도금층의 이중 구조를 갖는 은도금층을 형성하는 은도금단계와;
    상기 은도금단계의 완료 후, 상기 은도금조내에 소듐스테아레이트를 투입하여, 은도금층을 보호하는 내열 및 내산화성 보호층을 형성하는 표면처리단계와;
    상기 표면처리단계를 마친 결과물을 순수로 세척 후 알콜에 담갔다 빼낸 후 건조시키는 건조단계를 통해 형성되는,
    저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 도료조성물 100중량부 당,
    바인더수지는 5 내지 25중량부,
    경화제는 5 내지 10 중량부의 조성비를 갖는,
    저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 바인더수지에는,
    페녹시, 에스터, 실리콘계 수지 중 어느 하나가 포함되는,
    저비중 전도성분말을 포함하는 전자파 차폐 및 방열용 도료조성물 제조방법.
    
    
    

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